《冲压工艺及模具设计》分章习题

《冲压工艺及模具设计》分章习题参考答案第一章冲压基础知识1、简要叙述冲压工艺的特点有哪些？答：（1）、生产率高、加工成本低、材料利用率高（可达70~80%）；（2）、可生产形状复杂、质量稳定的工件；（3）、冲压件互换性好、重量轻、刚度好、外观好；（4）、应用面广，广泛用于国民经济各个领域。2、什么是体积不变规律？答：塑性变形前后，变形体体积不变；ε1+ε2+ε3=0；3、什么是塑性条件？答：在多向应力作用下，只有各应力间符合一定关系时，材料才能进入塑性屈服状态，应力之间的这种关系即为塑性条件。σ1-σ3≧（1~1.15）σs4、何为塑性变形后的弹性恢复？对冲压成型有什么影响？答：冲压时,只要发生塑性变形,都存在弹性变形,存在弹性恢复。弹性恢复后会改变工件的尺寸，影响冲压工件的形状和尺寸精度。5、冲压变形的变形倾向性指的是什么？以拉深毛坯的受力情况为例说明拉深时毛坯的变形区和传力区存在的每一种变形趋向。要使拉深成形顺利进行应如何控制这些变形趋向？答：在冲压变性过程中，材料需要最小变形力的区域为变形的弱区。材料在受力时，弱区为变形区。冲压加工中变形趋向性的结论：在冲压成型过程中，需要最小变形力的区是个相对的弱区，而且弱区必先变形，因此变形区应为弱区。拉深时：毛坯变形区的变形趋向为切向伸长的拉伸变形或在切向压应力作用下的失稳起皱；传力区的变形趋向是变薄或纵向失稳。要使拉深成型顺利进行，应该通过改变毛坯各部分的相对尺寸、改变模具工作部分的几何形状和尺寸、改变毛坯和模具之间的摩擦阻力、改变毛坯局部区域的温度等来控制这些变形趋势。6、什么是加工硬化？对材料性能有什么影响？答：随塑性变形量增加，造成滑移位错密度增加，金属硬度、强度上升，塑性下降。金属变形抗力加大，材料σ不断变化，逐渐向σb接近。7、什么是内应力？它的出现对材料性能有什么影响？答：由于变形的不均匀性，产生宏观和微观应力。内应力的出现导致脆性上升。8、什么是材料性能的各向异性？它的出现对材料性能有什么影响？答：金属在冷塑性变形过程中，随变形量增加,晶格位向趋于一致（织构现象)，出现各向异性。各向异性致使变形区边缘出现不规则（故大多数变形工序后需加切边工序）。9、什么是伸长类变形？什么是压缩类变形？板料成形中哪些是伸长类变形？哪些是压缩类变形？如何划分两类变形。答：伸长类变形：当作用于毛坯变形区的拉应力的绝对值最大时，在这个方向上的变形一定是伸长变形，这种冲压变形为伸长类变形。压缩类变形：当作用于毛坯变形区内的压应力的绝对值最大时，在这个方向上的变形一定是压缩变形，这种冲压变形为压缩类变形。伸长类变形：胀形、圆孔翻边、扩口、拉形等。压缩类变形：筒形件拉深、缩口等。10、材料的哪些机械性能对伸长类变形有重大影响？哪些对压缩类变形有重大影响？为什么？答：对伸长类变形有重大影响的机械性能有：材料的塑性指标，如伸长率、断面收缩率等；对压缩类变形有重大影响的机械性能有：屈服强度、抗拉强度等。11、当σ1＞σ2＞σ3时，利用全量理论和体积不变定律进行分析：⑴当σ1是拉应力时，ε1是否是拉应变？⑵当σ1是压应力时，是否是压应变？⑶每个主应力方向与所对应的主应变方向是否一定一致？答：（1）是。当σ1是拉应力时，即有σ1＞σ2＞σ3＞0，毛坯变形区三向受拉，在最大拉应力σ1方向上的变形必为伸长变形，即ε1是拉应变；（2）不是。当σ1是压应力时，即有0＞σ1＞σ2＞σ3时，毛坯变形区三向受压，而在最小压应力σ1方向上的变形必为伸长变形，即ε1是拉应变。（3）否。拉应力方向不一定是伸长变形，压应力方向不一定是压缩变形，而是要根据主应力的差值才能判定。12、什么是名义应力、名义应变？什么是真实应力、真实应变？它们之间有什么差别。答：名义应力：是指在不考虑几何不连续性（如孔、槽、带等）的情况下，在试样的有效横截面上计算得到的应力。名义应变：在名义应力作用下产生的应变。真实应力：一般金属材料在塑性变形过程中产生硬化，屈服应力不断变化，这种变化的实际屈服应力就是真实应力。真实应变：在拉伸试验时，应变常以试样的相对伸长δ表示，由于δ不能反映试样大变形过程中的瞬时变形及变形的积累过程，于是引入真实应变的概念，表示实际的应变由应变增量Δε逐渐积累而成。13、选择材料时，除决定其化学成分（牌号）外，还要确定哪些对冲压工艺有重大影响的指标？答：还要确定表示板料力学性能的指标，如强度、刚度、塑性等。第二章冲裁工艺1、冲裁变形过程分哪三个阶段？答：（1）、弹性变形阶段（2）、塑性变形阶段（3）、断裂阶段2、剪切断面由哪些区域组成？答：圆角带：塑性变形阶段，刃口进入材料，材料被塑性拉入，断面出现边缘塑性圆角带（约5%）；光亮带：刃口深入材料，材料产生塑性剪切变形，在凸、凹模侧面压力挤压下，出现塑性光亮带（约1/3）；断裂带：裂纹扩展，上、下裂纹会合，板材分离，断面出现断裂带（约60%）；毛刺：由于上、下裂纹不一定正对，断裂后往往被拉出毛刺。3、试述冲裁间隙的大小与冲裁断面质量的关系。答：冲裁加工中，凸、凹模间隙及其分布的均匀程度是决定冲裁断面质量好坏的主要因素。间隙冲裁间隙过大或过小都将导致上、下两裂纹不能相接重合于一线。间隙过小时，凸模刃口附近的裂纹比正常间隙时向外错开些，产生了由上、下裂纹包围的部分。当凸模继续下压时，上、下裂纹中间的部分将被第二次剪切，在断面的中部形成撕裂面，并在断面上形成第二个光亮带，以及在端面出现挤长的毛刺。间隙过大时，板料所受弯曲与拉伸都增大，材料易被撕裂。凸模刃口附近的裂纹比正常间隙时向里错开一些，致使光亮带减小，圆角带、断裂带斜度都增大，毛刺粗大难以去除。此外，若间隙过大，冲裁薄料时会将材料拉入间隙中，形成拉长的毛刺；冲裁厚料时，则形成很宽的圆角带。4、试分析影响冲裁件质量的因素。答：影响冲裁件质量的因素主要有凸、凹模间隙的大小及其分布的均匀性，材料性质，刃口锋利程度，模具制造精度和冲裁条件等。5、怎样降低冲裁力？答：在允许的范围内，增大间隙值可以使材料所受的力矩与拉应力都增大，材料易产生撕裂分离，因此可以减小冲裁力；加热冲裁，把材料加热后冲裁，可以大大降低其抗剪强度，从而降低冲裁力；斜刃冲裁，将凸模或凹模刃口做成斜刃口，整个刃口不是与冲裁件周边同时接触，而是逐步切入，所以可以降低冲裁力；阶梯冲裁，在多凸模的冲模中，将凸模做成不同高度，采用阶梯布置，可使各凸模冲裁力的最大值不同时出现，从而降低冲裁力。6、刃口尺寸的计算原则有哪些？答：（1）、按冲裁工序特点分：落料：工件尺寸取决于凹模尺寸：先确定凹模尺寸→减去间隙为凸模尺寸。冲孔：工件尺寸取决于凸模尺寸：先确定凸模尺寸→加上间隙为凹模尺寸。（2）、按刃口磨损规律分：凹模刃口尺寸变大：落料凹模刃口尺寸应等于或接近于工件落料最小极限尺寸。凸模刃口尺寸变小：冲孔凸模刃口尺寸应等于或接近于工件冲孔最大极限尺寸。无论落料或冲孔，凸、凹模磨损都使间隙加大，故Z应取最小值Zmin.（3）、模具刃口制造公差δ分:高于工件精度（Δ）2~4级，工件IT8~14——模具IT6~9；或取工件精度Δ的1/3~1/47、简述刃口尺寸的计算方法。答：（1）、凸、凹模分开加工：（条件：形状简单；满足δ凸+δ凹≤Zmax-Zmin）计算方法：（1）落料：（D-Δ）先计算凹模尺寸：D凹=（D-KΔ）+δ凹减去间隙为凸模尺寸：D凸=（D-KΔ-Zmin）-δ凸（1）冲孔：（d+Δ）先计算凸模尺寸：d凸=（d+KΔ）-δ凸加上间隙为凹模尺寸：d凹=（d+KΔ+Zmin）+δ凹（1）孔心距：（Ld）最小极限尺寸Lmin+1/2Δ±1/2δ凹=(Lmin+1/2Δ)±1/8Δ（2）、凸、凹模配合加工：（当：形状复杂；或δ凸+δ凹﹥Zmax-Zmin时，应配合加工。）（1）冲孔冲孔模应以凸模为基准件,配制凹模.①凸模磨损后尺寸减小:Ap=(A+KΔ)-δ凸②凸模磨损后尺寸增大:Bp=（B-KΔ）+δ凹③凸模磨损后尺寸没有变化:Ⅰ工件尺寸为正偏差标注C+Δ:Cp=(C+1/2Δ)±1/2TpⅡ工件尺寸为正偏差标注C-Δ:Cp=(C-1/2Δ)±1/2TpⅢ工件尺寸为对称偏差标注C±1/2Δ:Cp=C±1/2Tp特点：间隙值在配制中保证，不需限制8、如图所示零件，材料为45钢，板厚3mm。试确定冲裁凸、凹模刃口尺寸，并计算冲裁力。答：由表2-2可知，间隙范围为（12%~14%）t，则Zmin=0.36mm，Zmax=0.42mm，Zmax-Zmin=0.06mm.从表2-6查出尺寸φ8mm的K=0.75，尺寸48mm的K=0.75.查《公差配合与测量技术》表1-2知：φ8mm孔为IT10级精度，因尺寸较小，查表2-5凸凹模的制造精度都取IT7级。则Tp=Td=0.015mm。Tp+Td=0.03mmZmax-Zmin=0.06mm。尺寸48为IT9级精度公差值Δ=0.062mm，落料凸、凹模的制造公差按Δ的1/4选取，则Tp=Td=Δ/4=0.016mm，Tp+Td=0.032Zmax-Zmin=0.06mm。则冲孔工序的凸、凹模尺寸为：=0)(TppKddmmmm0015.00015.0044.8)058.075.08(落料工序的凸、凹模尺寸：查相关资料知：45钢抗切强度为370Mpa,由冲裁力F=KLtτb有:冲孔力Fk=Kπdktτb=1.3×3.14×8×3×370=36248N落料力Ft=Kl2tτb=1.3×48×48×3×370=3324672N9、如图所示零件，材料为Q235钢，板厚1mm。试计算落料凹、凸模刃口尺寸。答：查得间隙范围为（7%~10%）t，则Zmin=0.07mm，Zmax=0.10mm，Zmax-Zmin=0.03mm.尺寸5的公差等级为IT12级，8的公差等级为IT16级，10的公差等级为IT13级，15的公差等级为IT12级，30的公差等级为IT12级，查表2-5凸凹模的制造精度都取IT7级。为了加工方便，各尺寸处凸、凹模取同一公差值。取；，对每个尺寸有Tp+Td=0.012mm+0.018mm=Zmax-Zmin=0.03mm，满足间隙值条件。对尺寸5有：凹模刃口尺寸：凸模刃口尺寸：对尺寸8有：凹模刃口尺寸：凸模刃口尺寸：对尺寸10有：mmZdddTpd015.00015.000min404.8)36.0044.8()(mmmmKDDdTd016.00016.000954.47)062.075.048()(0016.00016.00min64.47)36.048()(pTdpZDDmmZZTp012.003.04.0)(4.0minmaxmmZZTd018.003.06.0)(6.0minmaxmmKDDdTd018.00018.00088.4)12.015()(mmZDDpTdp0012.00012.00min81.4)07.088.4()(mmKDDdTd018.00018.00090.7)1.018()(mmZDDpTdp0012.00012.00min83.7)07.090.7()(凹模刃口尺寸：凸模刃口尺寸：对尺寸15有：凹模刃口尺寸：凸模刃口尺寸：对尺寸30有：凹模刃口尺寸：凸模刃口尺寸：10、排样设计时要考虑哪些因素？材料利用率如何计算？答：（1）、排样方式（2）、搭边值：冲裁件之间及与条料之间用以补偿定位误差的余料（3）、材料利用率：工件总面积/条料面积：η=nA/bl×100%11、试述精冲工艺的特点及其适用范围。答：精冲工艺是在普通冲裁及基础上发展起来的一种精密冲压加工工艺。其特点主要有：①精冲变形区处于三向压应力状态；②精冲的间隙值小；③精冲凹模有小圆角；④精冲材料要求严格；⑤精冲过程要求良好润滑。其适用范围有：小间隙圆角刃口精冲:也称为光洁冲裁，该方法增强了金属塑性，抑制裂纹产生，金属能很均匀地挤进凹模型孔，形成光亮的冲裁断面；负间隙冲裁：该工艺也是